理论计算系列二苯乙烯化合物的电子结构与光谱性质

运用密度泛函理论、含时密度泛函理论方法在量子化学软件包Gaussian 03上对硝基和甲基取代的三种二苯乙烯类化合物进行了计算,分析了其优化的几何结构、前线分子轨道和电子吸收光谱,发现取代基的结构会对其光学性能产生一定的影响。研究表明,通过理论模拟得到的数值与实验测试的结果基本一致,对含有共轭结构化合物的设计、合成起到了预测和指导的作用。     

去氢骆驼蓬碱光谱性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论,M062X方法,使用6-31g(d)基组,对去氢骆驼蓬碱分子进行结构优化,通过频率计算得到该分子的红外光谱,并和实验获得的红外光谱图进行对比,实验和理论获得的红外光谱图基本一致.说明选择的DFT理论方法是可行的.对其主要振动模式进行指认和归属,分析去氢骆驼蓬碱分子前线轨道能级差及激发线波长.绘制分子静...     

大环化合物密度泛函理论研究

运用量子化学密度泛函理论B3LYP/6-31G*方法对脱苯[15]轮烯和脱氢苯吡啶[15]轮烯进行了优化,用含时密度泛函(TD-DTF)计算其吸收光谱,结合前线分子轨道讨论吸收波长不同的原因。结果表明,三种构型的分子为平面共轭分子,分子Ⅰ的苯环被吡啶环取代成分子Ⅱ和Ⅲ,分子Ⅲ的最大吸收波长最长;分子Ⅱ最大吸收波长最短。     

高氯酸铵电子结构第一性原理研究

基于密度泛函的第一性原理,分别运用局域梯度近似泛函(LDA)和广义梯度近似泛函(GGA)对NH4ClO4晶体结构进行了优化,分析了NH4ClO4的能带结构、态密度、Mulliken布居和电荷密度。结果表明,NH4ClO4是能隙值为5.517eV的绝缘体;导带部分主要由O-2p和Cl-3p轨道构成,价带部分由晶体内各原子轨道构成。NH4ClO4属于典型离子晶体,离子基团中心原子N与Cl采用sp3杂化轨道,分别与H和O原子结合形成共价键,晶体内存在弱氢键N-H…O。     

基于密度泛函理论的羟胺阻聚剂的筛选与应用

研究了羟胺类阻聚剂的阻聚作用与其分子有关电子结构性质之间的关系。用密度泛函理论（DFT）B3LYP方法在6-31g(d)基组水平上得到了5种羟胺分子的前线轨道图及其能量值,并计算了与羟胺阻聚作用有关的电子结构性质。通过理论分析和实验相结合的方法,发现了阻聚作用强的羟胺分子具有HOMO轨道电子离域度高、能隙小、分子硬度高、电负性和亲电性低等特点。且在这几种影响羟胺阻聚作用的因素中,能隙、分子硬度、电负性和亲电性的影响更大,HOMO轨道电子离域度影响较小。通过拟合阻聚诱导期与分子亲电性之间的曲线,发现二者之间存在线性关系。此外,羟胺与2-仲丁基-4,6-二硝基酚（DNBP）的协同作用也可以用DFT计算加以解释,进一步证明了DFT计算对阻聚剂的选择和优化具有重要作用。     

杂环轮烯类化合物密度泛函理论研究

运用量子化学中的密度泛函和含时密度泛函理论法,计算了四种加共轭环的脱氢苯[15]轮烯衍生物的几何构型、电子结构、前线分子轨道和电子光谱性质。计算结果表明当脱氢苯[15]轮烯分子(M)被杂环取代或增加分子的共轭性,对轮烯的键长和键角等结构参数的影响不大,这与轮烯具有较强的共轭性有关。当母体中的苯环被嘧啶环取代时,最大吸收波长蓝移;当母体中的苯环被萘取代时,最大吸收波长与母体中的苯被吡嗪取代时的最大吸收波长相近。     

瑞德西韦的密度泛函和分子对接研究

以瑞德西韦为研究对象,采用密度泛函理论的B3LYP/6-311G(d, p)方法,进行分子结构全优化,并对前线轨道(最高占据轨道HOMO、最低空轨道LUMO)、分子静电势(MEP)、分子内氢键进行了量子力学计算。利用HOMO-LUMO能值预测了该化合物的化学活性(电负性、硬度、化学柔软度和化学势),利用Multiwfn程序寻找分子的弱非共价相互作用(范德华相互作用)和强斥力(空间效应),并通过简化的密度梯度来检验。结果表明瑞德西韦分子中O2、O5、N22、N15、N13原子很可能是其发挥药理活性的亲电和亲核反应部位。分子对接结果显示,瑞德西韦与抗COVID-19药物潜在作用靶点具有较强的亲和力。     

含N杂环化合物吸收光谱理论研究

本文运用量子化学中的密度泛函理论在B3LYP/6-31+G(d)水平下首先对含N杂环的四种化合物嘧啶、咪唑、吡唑和吡咯的电子几何结构、振动分析和化合物的分子能量进行的理论计算,根据振动分析结果显示均能稳定存在,后对稳定存在的结构利用含时密度泛函理论在B3LYP/6-31+G(d)水平下对嘧啶、咪唑、吡唑和吡咯的分子最大吸收光谱和前线分子轨道进行了理论数值比较研究,研究发现四种含N杂环芳香化合物中吡咯的最大吸收波长对应的跃迁为HOMO-1→LUMO跃迁,嘧啶、咪唑和吡唑的最大吸收波长均为HOMO→LUMO跃迁,所有化合物最大吸收波长对应的轨道跃迁均为π→π*。     

黄顶菊中除草活性成份的量子化学研究

黄顶菊提取物中含有除草活性的香豆素类化合物,利用量子化学方法对香豆素类化合物的结构与除草活性关系进行了研究。采用DFT方法和6-31G基组,对8种香豆素类化合物进行全参数优化,得到了它们的稳定构型。并对化合物中原子的NBO电荷分布、前线分子轨道能级等性质进行了分析,结果表明,化合物的除草活性与分子的前线轨道(HOMO、LUMO)能级存在一定的关系。     

硫靛染料发色体结构与性质的泛函理论研究

在密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-31 G*水平上对硫靛染料发色体的几何结构进行优化计算,在获得基态稳定结构的基础上,应用含时密度泛函理论(TD—DFT)方法在相同水平计算电子吸收光谱。探讨了给电子基团对电子吸收光谱的影响。结果表明:给电子基团给电子能力的增强使光谱产生一定的红移。通过对前线轨道组成进行自然布居分析,揭示了硫靛染料的发光均源自分子中HOMO-LUMO(π→π*)电子跃迁。     

计算化学的应用

随着计算化学方法不断完善和计算机技术迅猛发展,计算化学在化学研究中占有越来越重要的地位.本文集中对实用性强、精度高的ab initio HF SCF,微扰MP和密度泛函(DFT)等计算方法的特点和应用做了介绍.     

团簇Ti4P的催化析氢研究

研究了团簇Ti4P的催化析氢反应活性,使用量子化学方法B3LYP/Lan12dz对初始构型进行优化、频率验证和计算,得到了最终稳定存在的7种优化构型.根据前线轨道理论分析各优化构型的HOMO图和水分子的LUMO图,同时根据二者之间轨道间的能级差判断出团簇Ti4P在进行催化析氢反应时催化活性最优的构型.结果表明:构型2(2)不仅在吸附氢气过程中具有良好的反应活性,而且在析出氢气的过程中具有最好的反应活性,构型2(2)是团簇Ti4P在进行催化析氢反应时反应活性的优选结构模型.     

TADFIW水解反应机理的密度泛函理论

应用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-31G(d,p)水平下对四乙酰基二甲酰基六氮杂异伍兹烷(TADFIW)甲酰基的水解反应机理进行了研究.结果表明,TADFIW上的甲酰基水解时,甲酰基被质子化,碳氧双键中的氧原子带有负电荷0.619 e,碳原子带有正电荷0.471 e,亲核试剂水分子进攻质子化甲酰基的碳原子,同...     

甲基苯丙胺光谱性质的密度泛函分析与指认

采用密度泛函理论的DFT/B3LYP/6-311+G(d,p)方法和基组,对甲基苯丙胺的UV-Vis光谱,IR光谱,1HNMR光谱和荧光光谱进行了理论模拟和指认。自然电荷计算表明,胺基N和H原子很可能是其发挥药理活性的亲电和亲核反应中心。     

NH_3、MNH_2、M_2NH(M=Na/Li)电子结构的理论研究

在MP2/6-311++G(d,p)水平对NH3、MNH2、M2NH(M=Na/Li)的构型进行优化和NPA计算。从空间构型、自然键轨道、NPA电荷、前线轨道等方面进行了分析。MNH2是由M+离子和NH-2组成的离子化合物,M2NH是M+离子和NH2-组成的离子化合物。从HOMO看,从NH3、NaNH2和Na2NH的N端,LiNH2和Li2NH的分子平面上下方进攻N原子的反应当易于进行。从LUMO看,NaNH2和LiNH2的三重态分子中N-H键易于断裂而失去H+。     

拉米夫定红外光谱和药理活性的密度泛函理论研究

在DFT/GGA/PW91方法下,模拟计算拉米夫定的分子结构和性质,得到前线轨道信息、简谐振动频率归属、原子电荷分布信息。结果显示,GGA/PW91算法对拉米夫定分子有良好的适应性,并详细指认了拉米夫定分子红外光谱;前线轨道和原子电荷分布信息表明,电子在反应中易从芳香性六元杂环的C=C和C=O及杂原子处转移到胞嘧啶与氧硫杂环戊烷中的硫原子和碳原子处。分子中的N原子和O原子均显强负电性,易受亲电试剂的进攻,难易顺序为O3O1O2N1N3N2;其中S1、N1、O2、O3原子的负电荷量较高,能与受体产生强结合作用,是发挥药效作用的关键活性部位。     

1-(2-羟基)乙基-3-甲基咪唑溴盐(HEMIMB)的微观结构及阴阳离子之间的相互作用

采用密度泛函理论B3PW91/6-31+G(d)方法,对1-(2-羟基)乙基-3-甲基咪唑溴盐(HEMIMB)离子液体进行了结构优化和频率分析,得到了离子对的最稳定结构。离子对的几何参数表明阴阳离子之间存在较强的氢键相互作用。自然键轨道(NBO)理论分析离子对中的原子电荷分布和电荷转移情况,结果表明离子对中阴阳离子间存在静电相互作用和氢键作用,而最稳定的离子对主要是源于Br的孤对电子与羟基之间的氢键相互作用。     

直链羧酸型缓蚀剂的缓蚀机理研究

直链羧酸型缓蚀剂是目前被广泛研究的有机缓蚀剂,羧酸分子中包含亲水的羧基和疏水的烷基链,是典型的表面活性剂型缓蚀剂。本文采用密度泛函理论,在B3LYP/6-31G (d,p)基组下对CH_2=CH-(CH_2)_4COOH(C7)、CH_2=CH-(CH_2)_8-COOH(C11)、油酸和蓖麻油酸四种具有不同碳链长度的直链羧酸型缓蚀剂进行结构优化和量子化学参数计算,进而从理论上研究羧酸缓蚀剂结构与缓蚀性能之间的关系。研究结果表明,缓蚀剂分子中碳链长度的增加会增强缓蚀效率,但对分子的能隙(35)E,硬度η、偶极距μ、化学势u、电子转移数(35)N影响较小。然而,C=C双键的位置对缓蚀剂的缓蚀性能有较大的影响,计算所得的最高占有轨道(HOMO)都分布在C=C双键及其相邻的碳原子,最低空轨道(LUMO)分布在羧基以及相邻的碳原子。通过对四种直链羧酸缓蚀剂的Fukui指数研究发现,四种直链羧酸缓蚀剂的反应活性中心都在C=C双键和-COOH羧基及其附近碳原子。最终得到四种直链羧酸缓释剂的缓蚀效率按照蓖麻油酸油酸C11缓蚀剂C7缓蚀剂的循序逐渐下降。     

单斜态Na0.2TiO2电子结构和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,对Na0.2TiO2的能带结构、电子态密度和电荷密度进行了分析计算。结果表明,Na0.2TiO2属于一种间接带隙半导体,禁带宽度为2.81eV;其电子态密度主要由Ti的3d层电子和O的2p层电子的能态密度决定;该材料对紫外线有较强的宽频吸收,拓展了光谱响应范围,提高太阳能利用转化率和光催化效率;H-O键比Na-O键结合的更紧密,Na原子与O原子形成的是离子性较强而共价键较弱的混合键,Ti-O键的共价作用要强于Na-O键。因此,可以通过阳离子交换来调变钛酸钠的键特性及稳定性。